ROMチェンジャーを作ろう (キット化編)

キット化編

プロトタイプを元に改良を加えて2号機を作ろうと思います。

設計構想

プロトタイプの気に入らない点を挙げると以下のようになります。

ZIFソケットが使えなかったので、ROMの交換がやりにくい。
→基板の問題。パターンを起こすことにします。
ハーネスが長過ぎる。
→必要最低限の長さに。
切替えスイッチを本体から離して操作しやすい所へ置きたい。
→ハーネスを短くするので、スイッチを分離。
LEDインジケーターが判りにくい。
→7セグLEDによる番号表示にする。

パターンを起こすことは決めました。では、片面で行くか、両面にするか？取り敢えず一番安上がりな片面でレイアウトを始めた所、メモリが載る基板です、どうやってもピン間に1本はパターンを通さないとできません。希望者がいれば基板を配布する事を前提でやってますので、できればブリッジを防ぐためにもレジストを付けたい所です。そうなるとシルクも欲しいし、両面ノンスルホールだと部品面からも半田付けしないといけないので、ちょっと組み立てが難しくなるから、できればスルホール基板にしたいなぁ～。
というわけで、思い切って両面スルホール基板で作っちゃいましょう。

さて、プロトタイプに改良を加えた回路図が ROM-changer2.pdf。

弱かったアドレスラインにバッファを入れて、次なるプロダクトの為の拡張コネクタを付けておきました。それからインジケータを7セグLEDに。1,2,3,4しか表示しないので、デコーダICは使わずにデコードします。おかげで追加のICはHEXバッファ3個だけで済みました。素晴らしい(笑)。

パターン設計

基板の製作はメーカーに試作という形で発注することになりますので、ちゃんとした版下なりデータを用意しなければいけません。検討の結果松電子システムのHiWIRE-II School versionなる基板設計CADを利用することにしました。評価版ということで無料で使えますし、これで作成したデータからフィルム作成～基板(配線板)製作までやってもらえます。

[バラック]
部品のクリアランスを確かめるために、ユニバーサル基板に仮実装した様子。

高級なCADだとCAD上でクリアランスチェックできる(というかそれが当たり前か？)のですが、タダなので贅沢は言えません。

基板サイズは150×60mm。この本体基板に加えて操作SW部の基板30×60mmがあり、180×180mmの基板に3面付け。ZIFソケットが場所取りなのでこれが目一杯且つ、板取りの点でキリの良いサイズということになります。
写真では判りませんが、ZIFソケットは普通のICソケット2段で下駄を履かせ、空いた空間にゲートICを潜り込ませています(^^;)。

... と思ったら、試作のときに見つからなかったICB-021に実装できるスリムなZIFソケットが見つかりましたので、このレイアウトはボツ。切り換え回路基板とICB-021を利用したROM搭載基板との2階建て構造として、始めからレイアウトのやり直しで～す。

パターンができました～。
基板の完成予想図を描くとこんな感じです(^^;)。

120×180の基板に3面付けの異種集合基板になりました。
これ1枚で3セット分。板チョコみたいにパキンパキンと手で折って個々の基板に分けます。

上端の小さい3枚の基板は7セグLEDを実装する操作部＆インジケーター基板。
当初、ロータリースイッチも基板上に実装したいと考えていましたが、ロータリースイッチの入手性が悪いことと基板面積が大きくなってしまうことが判り、ハーネスで配線することにしました。

下側の大きい3枚の基板がチェンジャー回路本体基板。
この基板の上にROMを実装する基板を亀の子状態で重ねることになります。

高密度にするためにICはDIPではなくてSMDのSOPを使いますので、慣れていない人にはハンダ付けが難しいかもしれません。抵抗もコンデンサもチップ部品を使います。

この後、CADデータをメーカーに送って、フィルム作成、CAMデータ作成、そして基板を製作してもらいます。

ケースの構成

基板があがってくるまで、ケースをどうするか考えておきます。

[構成図]
思い描いているECU、ROMチェンジャー本体、コントローラーの構成を絵にするとこんな感じ。

本体をグローブボックスに収めたいという要求が多そうなので、ECU-本体間のハーネスは、それが可能な長さにしようと思います。

基板ができました～。
[あがってきた基板]
上の完成予想図、結構雰囲気出てたでしょ(笑)。
実は非常に苦労した力作なのです。
パターン設計そのものよりも力入ってたかも(爆)。

肝心の仕上がり具合はというと、ミシン目状に入れたドットラインが意図していたのと違って穴が全部つながってしまった(;_;)のと、基板の材質がメーカーの在庫の都合でFR-4という板チョコ方式で割るのには不適切なモノになってしまったのが今一つですが、まあ趣味のレベルですのでOKとします。

会社では、こんな基板を投入したら絶対怒られます(笑)。

チェッカー

製作に備えてROMチェンジャーの為のチェッカーを作りました。
車の整備でいうとSSTですね。
[チェッカー]
20セット近く作るので、ちょっとくらい手間が掛かっても予めこういったジグを用意しておくと、後々の効率が改善されます。

部品点数から判る通り、非常に簡単な回路です。
電子回路を設計できる人ならば、「クロックジェネに15bitカウンタ、それに波形データを焼いたROMとDACを組み合わせた、ファンクションジェネレータ」と言えば、ブロック図が頭に浮かぶことでしょう。
電子回路を設計できない普通の人は、何のことやらさっぱり解らないことでしょう(笑)。
一種の「ディジタル・サンプリング音源」みたいなものです。

4個のROMにそれぞれ違う波形をディジタル信号として焼いて、ROMチェンジャーに載せます。そして、このチェッカーのROMソケットにROMチェンジャーを接続して、出力をオシロで観測すると、セレクトされたROMに書き込まれている波形が見えるという塩梅です。

基板の左上にあるのは秋月で￥600で買ったスイッチング電源。
5Vと12Vの2出力で、こういった回路には大変お手頃なアイテムです。

試作

出来上がってきた基板でちゃんと動くのか、1台試作します。ちゃんと動かなかった場合は、パターンカット＆ジャンパの嵐になるかも(笑)。
[マウント済み基板] 基板に一通りマウントするとこんな具合になります。

ボツになった基板レイアウトを下に並べてみました。

写真だと「ちょっと小さくなったかな」ぐらいに見えますが、実物を手に取って見ると結構違います。
2枚重ねになったのでトータルの基板面積は大きくなってます。

左上はインジケーターLEDの基板。

これにロータリースイッチを配線してコントローラーにします。
LEDが縦・横どちらの向きでもマウントできるようになっているところがミソ(笑)。

[チェッカーと試作機]
右側がケースに収めた量産試作機。

最後まで頭を悩ませたのが、蓋の開閉機構とフラットケーブルの固定方法。
市販のケースというのは蓋を頻繁に開閉するような仕組みのものがあまり無いのです。さらに丁度良いサイズとなると皆無に等しい。
それで、ケースはそこそこのモノを選んでおいて、通常ネジで固定する天板をネジで固定しないで、容易に取り外しできる機構を考案しました。家具の扉に使うマグネットキャッチの流用。ハッキリいって手抜き(笑)。でも、部品代は僅か￥100そこそこで、強力両面テープでくっつければ良いので、コストパフォーマンスは抜群です。凝りたい人はご自身でいろいろやって下さいまし(^^;)。
ま、自分用に1個だけつくるのだったら、始めからもっとカッコイイ機構を考えますけど(爆)。

それとフラットケーブルの固定ですが、汎用のクランプが使えず、かといって他に適当なモノが見つからず、両端に穴を空けてタップを切ったアルミの棒材で押さえつける方法にしてみました。んが、ぐいぐいネジを締めてケーブルを押さえつけていったら、ケーブルはしっかり固定できたのはいいのですが、ケースの底板がたわんでしまった(笑)。下側にもアルミの棒材を入れてサンドイッチにしないとダメのようです。

タップを切る関係上垂直に穴を空けないと具合が悪いので、ボール盤が欲しい所です。

さてさて、コントローラーボックスであります。
[コントローラーボックス試作品] この写真は試作品。

基板の固定方法に迷って、いちばん安直なフロントパネルに取付け穴を開けることにしたは良いがネジの頭が見えるのは不格好だよな～何か誤魔化す手はないかな～黒のキャップボルトにしたらどうかな～ ... うぅ～ん、却ってこの無骨さがカッコ良いかもしんない。という出来具合でしょうか(笑)。

ぴったりのサイズのモノが見つからなかったので、樹脂の板を切り出してハコを作ってます。アクリルなら丁度良い寸法のチャンネル材が市販されていて、それが使えて楽なのですが、耐熱性に難あり。耐熱性を考えるとポリカーボネートが良いのですが、チャンネル材が無いので、ハコの6面全部をサラの板から切り出さねばならない。(-_-)
まあ、考えてもしょうが無いということで、2種類試作して炎天下の密閉された車内ダッシュボード上に放置してどうなるか実験してみることにします。
でも、作ってみたら割と簡単に作れたので、実験でアクリルが持ったとしてもポリカーボネートで行こうという気持ちになっています(笑)。

そうそう、オーディオの下が空き家の車なら、盲パネルに取付けるというオプションもありますね。これはFire丸山氏に言われて気がつきました。ボクのは2DIN塞がっているのでそんなこと考えもしませんでした(^^;)。こっちの方がハコを作るよりも楽だし、見た目もスマートですね。

中略

一応完成しました。どんな感じかはインストラクションマニュアルを参照されたし。
スペシャルモデルも含めて、29セット製作して配布しました。
このあとは、第2弾に取り掛からねばなりません。

ROMチェンジャー第2弾製作編につづく。

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